-
مجمع تشنغلي لصناعة السيارات
مراجعة للتقنيات الرئيسية لنظام التحكم في الطاقة الهجينة القائم على هيكل السيارة الذي يعمل بخلية الوقود الهيدروجيني
أنظمة الطاقة الهجينة لخلايا الوقود الهيدروجينية للمركبات: مراجعة كاملة
جدول المحتويات
مقدمة
خلايا الوقود الهيدروجينية تكتسب مكانة بارزة كلاعب رئيسي في مستقبل النقل النظيف. تساعد هذه الأنظمة المذهلة السيارات والشاحنات على العمل بدون غازات ضارة تقريباً. فكّر فيها كمحطات طاقة صغيرة تحوّل الهيدروجين إلى كهرباء من خلال عملية نظيفة.
السيارات ذات خلايا الوقود الهيدروجينية تقدم نقاطاً إضافية كبيرة. يمكنها الذهاب بعيداً دون توقف. يمكنك ملؤها بالوقود في بضع دقائق فقط. والأفضل من ذلك كله، أنها لا تنتج سوى الماء كمخلفات - لا دخان قذر!
يبحث هذا المقال في كيفية عمل هذه الأنظمة ولماذا يعتقد الكثيرون أنها الطريق إلى الأمام للمركبات الصديقة للبيئة.
كيف تعمل خلايا الوقود الهيدروجينية في السيارات
تعمل خلايا وقود الهيدروجين كالسحر، ولكن الأمر كله علم. في خلية الوقود، يجتمع الهيدروجين والأكسجين اجتماعاً خاصاً. ينتج عن هذا الاجتماع الكهرباء والماء - هذا كل ما في الأمر!
إليك ما يحدث خطوة بخطوة:
- يتدفق غاز الهيدروجين إلى خلية الوقود
- يأتي الأكسجين من الهواء
- يتفاعلون معًا بمساعدة مواد خاصة
- يُنتج هذا التفاعل الكهرباء لتشغيل السيارة
- يخرج بخار الماء كناتج النفايات الوحيد
لا تعتمد معظم السيارات التي تعمل بخلايا الوقود على خلية الوقود وحدها. فهي تستخدم نظام الطاقة الهجين التي تجمع بين خلايا الوقود والبطاريات. يعمل هذا المزيج الذكي بشكل أفضل من أي منهما بمفرده.
التقنيات الرئيسية في أنظمة التحكم في الطاقة الهجينة
1. أنظمة توزيع الطاقة
يكمن جوهر أي مركبة تعمل بخلايا الوقود الهيدروجينية في كيفية إدارة الطاقة. تستخدم الأنظمة الحديثة وحدات تحكم خاصة لتقرير متى تستخدم الطاقة من خلية الوقود ومتى تستخدم البطارية.
تستخدم أفضل الأنظمة ما يسمى إطار عمل الميناء-هاميلتونيان. ويعني هذا الاسم الفاخر أن السيارة يمكن أن تكون ذكية للغاية في استخدام المقدار المناسب من الطاقة في الوقت المناسب.
2. أنظمة الإدارة الحرارية
التحكم في الحرارة كبير جداً في هذه السيارات. تستخدم سيارة تويوتا ميراي (سيارة هيدروجينية حقيقية يمكنك شراؤها!) نظاماً ذكياً يمكنه:
- حافظ على خلية الوقود في درجة حرارة مثالية
- استخدم تدفئة إضافية لتدفئة السيارة في الشتاء
- تحكم في مدى برودة أو سخونة الأجزاء المختلفة
دعونا نلقي نظرة على بعض بيانات الاختبار الحقيقية من Mirai:
| حالة الاختبار | درجة الحرارة المقاسة | درجة الحرارة المحاكاة | معدل الخطأ |
|---|---|---|---|
| بدء التشغيل بكامل طاقته | 75°C | 78°C | 3.8% |
| قيادة ثابتة بسرعة 80 كم/ساعة | 68°C | 70°C | 2.9% |
| تشغيل وضع السخان | 62°C | 65°C | 4.8% |
هذا يوضح مدى قرب الأداء الحقيقي مما توقعه المهندسون. هذه هندسة جيدة!
مركبات خلايا الوقود الهيدروجينية: توفير الطاقة لمستقبل نظيف
وقود المستقبل
توفر خلايا وقود الهيدروجين طريقة نظيفة وفعالة لتشغيل المركبات، حيث تنتج الماء فقط كمنتج ثانوي.
الهيدروجين مقابل الكهرباء: وقت التزود بالوقود
التكنولوجيا والمزايا الرئيسية
| الميزة | خلية وقود الهيدروجين | بطارية كهربائية |
|---|---|---|
| كثافة الطاقة | 120-140 ميجا جول/كجم | 0.5-1 0.5 ميجا جول/كجم |
| وقت إعادة التزود بالوقود | < أقل من 5 دقائق | أكثر من 30 دقيقة |
| الانبعاثات | صفر | صفر (عند أنبوب العادم) |
أمثلة من العالم الحقيقي
| الطراز | الميزة الرئيسية |
|---|---|
| تويوتا ميراي | خلية وقود بقدرة 110 كيلوواط، مدى 500 كم |
| هيونداي نيكسو | خلية وقود بقدرة 110 كيلوواط، متانة محسنة |
3. استراتيجيات التحكم لظروف القيادة المختلفة
تحتاج السيارات إلى العمل في جميع أنواع الظروف - القيادة في المدينة والطرق السريعة والتلال وغيرها. وتستخدم أفضل أنظمة خلايا الوقود أساليب تحكم مختلفة:
| طريقة التحكم | عند استخدامه | تحسين الأداء |
|---|---|---|
| توزيع الطاقة المتكيف | عندما تعمل البطاريات وخلايا الوقود معاً | 15% أفضل كفاءة، 10% أقل هيدروجين مستخدم |
| المنطق الضبابي PMC | أوضاع متعددة لإدارة الطاقة | طاقة أكثر استقرارًا، 20% وقت استجابة أسرع |
| قواعد الخوارزمية الجينية | تحسين إدارة الطاقة | تمديد عمر البطارية 30% |
| الإدارة التنبؤية للطاقة | طرق القيادة المعقدة | تباطؤ شيخوخة الخلايا الوقودية بواسطة 25% |
تعني طرق التحكم الذكية هذه أداءً أفضل وعمرًا أطول لجميع أجزاء النظام.
أمثلة من العالم الحقيقي لمركبات خلايا الوقود الهيدروجينية
لنلقِ نظرة على بعض السيارات الهيدروجينية الحقيقية وما الذي يجعلها مميزة:
| طراز المركبة | الميزات الرئيسية | المصدر |
|---|---|---|
| تويوتا ميراي (الجيل الثاني) | طاقة خلايا وقود بقدرة 110 كيلوواط، ومدى 500 كيلومتر، وإدارة حرارية متقدمة | شاهد سيارة تويوتا ميراي بالتفصيل |
| هيونداي نيكسو | 16% المزيد من الطاقة (110 كيلوواط)، وتحسين القدرة على التشغيل على البارد | |
| أنظمة الطاقة الهجينة للسفن | مداخن خلايا الوقود المتعددة مع البطاريات، 20% أقل استخداماً للهيدروجين |
إن الناقلات التي تعمل بخلايا الوقود تظهر كيف تتطور هذه التقنية لتتجاوز السيارات إلى السيارات الأكبر حجماً أيضاً.
خلايا الوقود الهيدروجينية مقابل السيارات الكهربائية التي تعمل بالبطارية
يتساءل الكثير من الناس عما إذا كانت السيارات التي تعمل بالهيدروجين أو البطارية أفضل. كلاهما لديه نقاط جيدة وسيئة:
| الميزة | سيارات خلايا الوقود الهيدروجينية | سيارات كهربائية بالبطاريات |
|---|---|---|
| كثافة الطاقة | 120-140 ميجا جول/كجم (هيدروجين) | 0.5-1 ميجا جول/كجم (بطاريات الليثيوم أيون) |
| وقت إعادة التزود بالوقود/إعادة الشحن | أقل من 5 دقائق | 30 دقيقة إلى عدة ساعات |
| الأداء في الطقس البارد | يعمل حتى -30 درجة مئوية تحت الصفر | ينخفض المدى بمقدار 40% عند درجة حرارة -20 درجة مئوية تحت الصفر |
| تكلفة النظام | عالية (تحتاج إلى معادن ثمينة) | متوسطة (البطاريات تصبح أرخص) |
بالنسبة للشاحنات الكبيرة التي تحتاج إلى مواصلة الحركة طوال اليوم، قد تعمل خلايا الوقود الهيدروجينية بشكل أفضل من البطاريات. هذه الشاحنات الثقيلة شاحنات للنقل نصف المقطورة يمكن أن تستفيد كثيرًا من وقت إعادة التعبئة السريع للهيدروجين.
مستقبل خلايا الوقود الهيدروجينية في وسائل النقل
عالم الهيدروجين ينمو بسرعة! تعمل تويوتا على هذا الأمر منذ أكثر من 30 عاماً. وقد أطلقت أول سيارة هيدروجينية (ميراي) في عام 2014.
بعض الأمور الأساسية التي يجب الانتباه إليها
- المزيد ماسحات خلايا الوقود الهيدروجينية وشاحنات العمل
- طرق أفضل لصنع الهيدروجين وتخزينه
- انخفاض التكاليف مع زيادة عدد المركبات التي تستخدم هذه التقنية
- المزيد من محطات تعبئة الهيدروجين
إن شاحنات طاقة الطوارئ المتنقلة يمكن أيضًا استخدام هذه التقنية لتوفير طاقة احتياطية نظيفة عند الحاجة.
الخاتمة
أنظمة طاقة خلايا الوقود الهجينة الهجينة الهيدروجينية جزء مثير للاهتمام من مستقبل النقل النظيف. فهي تقدم:
- مدى قيادة طويل
- التزود بالوقود السريع
- صفر انبعاثات ضارة
- أداء جيد في الطقس البارد
على الرغم من أنه لا تزال هناك تحديات تتعلق بالتكلفة وبناء محطات الهيدروجين، إلا أن التكنولوجيا تتحسن باستمرار. ومع تزايد عدد الشركات التي تصنع هذه المركبات، من المفترض أن تنخفض الأسعار.
بالنسبة لبعض الاستخدامات - خاصةً الشاحنات الكبيرة والحافلات ومركبات العمل - قد تكون خلايا الوقود الهيدروجينية الحل الأمثل لاحتياجاتنا من الطاقة النظيفة.
